(57)【要約】【課題】溶削開始部の深掘れや、溶削後の鋳片表面に発生する鋳片幅方向の凹凸を低減し、ガススカーファの代替としても実用可能な鋳片の表面手入れ装置及び方法を提供する。【解決手段】プラズマトーチ群１４からプラズマアークを発生させることによって、移送される鋳片１２の表面を溶削する。プラズマトーチ群１４を平面図で見て、複数のプラズマトーチ１４を平行に配列する。隣接する一対のプラズマトーチ１４のうち、鋳片１２の幅方向の一方側に位置するプラズマトーチ１４の火口部１４ａを幅方向の他方側に位置するプラズマトーチ１４の火口部１４ａよりも鋳片１２の移動方向Ｄの前方に位置させる。そして、各プラズマトーチ１４の火口部１４ａを鋳片１２の移動方向Ｄの前方から幅方向の一方側に所定角度θ２傾ける。【選択図】図４
2010284687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマトーチ群からプラズマアークを発生させることによって、移送される鋳片の表面を溶削する鋳片の表面手入れ装置において、
前記プラズマトーチ群を平面図で見て、
複数のプラズマトーチを平行に配列し、
隣接する一対のプラズマトーチのうち、鋳片の幅方向の一方側に位置するプラズマトーチの火口部を幅方向の他方側に位置するプラズマトーチの火口部よりも鋳片の移動方向の前方に位置させ、
そして、各プラズマトーチの火口部を鋳片の移動方向の前方から前記幅方向の一方側に所定角度傾ける鋳片の表面手入れ装置。
【請求項２】
前記プラズマトーチ群を平面図で見て、
前記複数のプラズマトーチの火口部を結んだ線がほぼ直線であり、
前記直線と鋳片の幅方向とのなす角度は３０度以上６０度以下であることを特徴とする請求項１に記載の鋳片の表面手入れ装置。
【請求項３】
前記プラズマトーチ群を側面図で見て、各プラズマトーチと鋳片の移動方向とのなす角度が２０度以上２５度以下であり、
前記プラズマトーチ群を平面図で見たときの前記所定角度が４０度以上４５度以下であることを特徴とする請求項２に記載の鋳片の表面手入れ装置。
【請求項４】
プラズマトーチ群からプラズマアークを発生させることによって、移送される鋳片の表面を溶削する鋳片の表面手入れ方法において、
前記プラズマトーチ群を平面図で見て、
複数のプラズマトーチを平行に配列し、
隣接する一対のプラズマトーチのうち、鋳片の幅方向の一方側に位置するプラズマトーチの火口部を幅方向の他方側に位置するプラズマトーチの火口部よりも鋳片の移動方向の前方に位置させ、
そして、各プラズマトーチの火口部を鋳片の移動方向の前方から前記幅方向の一方側に所定角度傾ける鋳片の表面手入れ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマトーチを用いて鋳片の表面を溶削する鋳片の表面手入れ装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造によって製造されるスラブやブルーム、ビレットなどの鋳片の表面には、表面割れ、オシレーションマークといった表面欠陥が生じることが少なくない。さらに、鋳片表面表層には、アルミナやモールドパウダーを主成分とする非金属介在物やガス気泡（Arガス、N2ガスなど）が集まり易く、連続鋳造鋳片をそのまま圧延し、鋼材を製造すると、鋳片表面欠陥に起因するヘゲ疵や鋳片表層の介在物に起因するスリーバー疵が発生する。
【０００３】
上記の問題に対し、現在一般的には熱間圧延前に鋳片の表層（深さ２ｍｍから４ｍｍ）を酸素ガスによるガススカーファにて溶削する表面手入れが行われている。ガススカーフィングでは、あらかじめ燃焼ガスにより被溶削部分を予熱した後、酸素ガスを吹き付けることによって生ずる鉄と酸素の酸化燃焼反応を利用している。
【０００４】
図９及び図１０は従来のガススカーファの一例を示す。図１０に示すように、スカーファユニット１は幅約２５０ｍｍであり、鋳片２の幅方向に約十個配置されている。図９に示すように、予熱炎３により鋳片の表面を予熱し、予熱された部分に酸素ガス４を吹き付けることによって、酸化燃焼反応を生じさせる。酸化鉄は燃焼反応により溶融し、酸素ガスの勢いにより吹き飛ばされ除去される。一度反応が開始すると反応熱により近辺が加熱されるため、溶削開始後はほぼ酸素ガス４のみの供給によって溶削が続行する。
【０００５】
しかし、従来のガススカーフィングでは、長い予熱時間を要し、能率が悪いばかりでなく、溶削開始部に予熱による深掘れが発生したり、スカーファユニットの継ぎ目にガス流動干渉による幅方向の凹凸（図１１参照）が発生する。鋳片表面の深掘れや幅方向の凹凸は熱間圧延・冷間圧延以降の表面欠陥の原因になるので、ガススカーファによる溶削後にグラインダーによって鋳片表面の凹凸を研削・除去しなければならなかった。
【０００６】
こうした鋳片の表面手入れは、作業負荷の増大や製品歩留まりの低下を招くのみならず、直接圧延するＨＤＲ（Hot Direct Rolling）や、鋳片を高温のまま加熱炉に装入するＤＨＣＲ（Direct Hot Charge Rolling）の阻害につながり、熱間圧延の燃料原単位の悪化を招く。
【０００７】
この問題に対して、特許文献１には、燃料ガスと溶削酸素の比を制御することにより、溶削後の鋳片幅方向の凹凸を低減する方法が提案されているが、凹凸を完全に除去するには至っていない。
【０００８】
特許文献２には、プラズマ炎を鋳片の幅方向に走査して鋳片表層部を溶削する鋳片の表面手入れ方法が提案されている。この方法では、プラズマトーチを用いているので、溶削開始部の予熱の必要がなく、また溶削後の鋳片幅方向の凹凸を低減することができる。しかし、鋳片の幅方向にプラズマトーチを走査しながら溶削するので、溶削速度が遅く（溶削速度約２ｍ／ｍｉｎ）、オフラインでのガススカーファ（溶削速度約１５ｍ／ｍｉｎ）の代替としては用いることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−７４０４号公報
【特許文献２】特開平１０−３１４９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
すなわち、特許文献２に記載の溶削方法にあっては、プラズマトーチを用いることにより、ガススカーファを用いたときの予熱部の深掘れや溶削後に鋳片表面に発生する凹凸を低減することができる。しかし、オフラインでのガススカーファの代替として用いるには溶削速度が遅く、実用的でないという問題がある。
【００１１】
そこで本発明は、溶削開始部の深掘れや、溶削後の鋳片表面に発生する鋳片幅方向の凹凸を低減し、ガススカーファの代替としても実用可能な鋳片の表面手入れ装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、プラズマトーチ群からプラズマアークを発生させることによって、移送される鋳片の表面を溶削する鋳片の表面手入れ装置において、前記プラズマトーチ群を平面図で見て、複数のプラズマトーチを平行に配列し、隣接する一対のプラズマトーチのうち、鋳片の幅方向の一方側に位置するプラズマトーチの火口部を幅方向の他方側に位置するプラズマトーチの火口部よりも鋳片の移動方向の前方に位置させ、そして、各プラズマトーチの火口部を鋳片の移動方向の前方から前記幅方向の一方側に所定角度傾ける鋳片の表面手入れ装置である。
【００１３】
本発明の他の態様は、プラズマトーチ群からプラズマアークを発生させることによって、移送される鋳片の表面を溶削する鋳片の表面手入れ方法において、前記プラズマトーチ群を平面図で見て、複数のプラズマトーチを平行に配列し、隣接する一対のプラズマトーチのうち、鋳片の幅方向の一方側に位置するプラズマトーチの火口部を幅方向の他方側に位置するプラズマトーチの火口部よりも鋳片の移動方向の前方に位置させ、そして、各プラズマトーチの火口部を鋳片の移動方向の前方から前記幅方向の一方側に所定角度傾ける鋳片の表面手入れ方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、隣接する一対のプラズマトーチのうち、幅方向の一方側のプラズマトーチによって発生する溶削ノロが他方側のプラズトーチのプラズマアークに干渉することなく、鋳片の全幅の溶削が可能である。また、プラズマトーチを鋳片の移動方向の前方から幅方向の一方側に所定角度傾けることにより、溶削後の凹凸の発生を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の鋳片の表面手入れ装置の斜視図
【図２】プラズマトーチの火口部の断面図
【図３】プラズマトーチによる鋳片の表面手入れを示す模式図
【図４】上記表面手入れ装置を示す図（図中（ａ）は側面図を示し、図中（ｂ）は平面図を示す）
【図５】各プラズマトーチを示す図（図中（ａ）は側面図を示し、図中（ｂ）は平面図を示す）
【図６】プラズマトーチ群によって手入れされた鋳片表面の断面図
【図７】傾斜角の最適範囲を示すグラフ（図中（ａ）は急峻度の定義図を示し、図中（ｂ）は傾斜角の最適範囲を示す）
【図８】冷延コイルの表面欠陥発生比率（コイル単位）を比較したグラフ
【図９】従来のガススカーファの断面図
【図１０】従来のガススカーファユニットを示す図（図中（ａ）はガススカーファユニットの断面図を示し、図中（ｂ）はガススカーファユニットの平面図を示す）
【図１１】従来のガススカーファによって手入れされた鋳片表面の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態の鋳片の表面手入れ装置を詳細に説明する。図１は表面手入れ装置の斜視図を示す。表面手入れ装置は鋳片１２の表面を溶削するためのプラズマアークを発生させるプラズマトーチ１４を幅方向に複数具備している。複数のプラズマトーチ１４は鋳片１２の幅方向に伸びる門型の架台１３に支持される。移送される鋳片１２に向かってプラズマトーチ１４群からプラズマアーク１５を発生させることによって、鋳片１２の表面を溶削することができる。
【００１７】
図２はプラズマトーチ１４の火口部１４ａの断面図を示す。火口部１４ａは、電極１７及び先細ノズル１８を備える。電極１７と先細ノズル１８の間の空間にプラズマガスを供給し、電極１７と鋳片１２との間、及び電極１７と先細ノズル１８との間に電圧を加えると、電極１７と先細ノズル１８との間にパイロットプラズマアークが発生する。これを口火にして電極１７と鋳片１２との間にメインプラズマアークが発生する。先細ノズル１８の周囲には、先細ノズル１８の外側面に沿ってシールドガスを噴射するシールドキャップ１９が設けられる。プラズマ発生源は、最大出力２００ｋｗ程度であり、鋳片１２の表層２ｍｍを従来のガススカーファと同等の溶削速度約１５ｍ／ｍｉｎで溶削するのに十分な能力を有している。
【００１８】
図３に示すように、プラズマトーチ１４からプラズマアークを発生させると、１５０００度以上の高速プラズマガスによって鋳片１２の表面が一気に溶融・除去される。プラズマトーチ１４の火口部の前方の鋳片１２の表面には、溶融・除去された溶削ノロ２１が溜まる。プラズマトーチ１４を用いることで、鋳片１２の熱影響部を小さくすることができ、鋳片表面１２ａの粒状酸化物もほとんど無くすことができる。
【００１９】
図４（ａ）の側面図に示すように、各プラズマトーチ１４は鋳片１２の移動方向の前方、かつ斜め下方を向く。図５（ａ）の側面図に示すように、各プラズマトーチ１４と鋳片１２の移動方向Ｄとのなす角度（以降、傾斜角θ１という）は２０度以上２５度以下に設定される。
【００２０】
図４（ｂ）の平面図に示すように、複数のプラズマトーチ１４は鋳片１２の幅方向に対して一定の前進角αを持つように配列される。すなわち、複数のプラズマトーチ１４は互いに平行に配列される。そして、隣接する一対のプラズマトーチ１４のうち、鋳片１２の幅方向の一方側Ｗ１に位置するプラズマトーチ１４の火口部は、幅方向の他方側Ｗ２に位置するプラズマトーチ１４の火口部よりも鋳片１２の移動方向Ｄの前方に位置される。複数のプラズマトーチ１４の火口部１４ａを結んだ線Ｌ１はほぼ直線であり、この直線Ｌ１と鋳片１２の幅方向Ｗとのなす角度（以降、前進角αという）は３０度以上６０度以下に設定される。前進角αを３０度以上に設定することによって、プラズマトーチ１４から発生する溶削ノロが隣のプラズマトーチ１４に干渉することなく、鋳片全幅の溶削が可能になる。前進角αが６０度を超えると、幅方向で未溶削部が発生する。なお、プラズマトーチ１４の間隔は約１０ｍｍ〜２０ｍｍに設定される。下限はプラズマアークの大きさにより小さくすることは可能であるが１０ｍｍとし、上限は未溶削部の発生を防止するために２０ｍｍ以下とする。鋳片１２からプラズマトーチ１４の火口部１４ａまでの高さは約１５ｍｍに設定される。
【００２１】
図５（ｂ）の平面図に示すように、各プラズマトーチ１４は鋳片１２の移動方向Ｄの前方から幅方向Ｗの一方側Ｗ１に所定角度傾けられる。鋳片１２の移動方向Ｄと各プラズマトーチ１４のなす角度（以降、傾斜角θ２という）は、４０度以上４５度以下に設定される。各プラズマトーチ１４の傾斜角θ１、θ２を上述の範囲に設定することによって、図６に示すように、溶削後の鋳片１２の表面の凹凸を低減することができる。なお、溶削深さは、鋳片表面温度に応じてプラズマ投入電力を変更することによって制御できる。
【００２２】
図７（ｂ）は、傾斜角θ１，θ２の最適範囲を示すグラフである。前進角αを３０度に設定したとき、傾斜角θ１を２０度以上２５度以下、傾斜角θ２を４０度以上４５度以下に設定することによって、急峻度λAVを０．５以下にすることができる。ここで、図７（ａ）に示すように、急峻度λ（mm）は鋳片１２の幅方向の変化量１ｍｍあたりの高さの変化量である。急峻度λAVは鋳片幅方向（長手方向定常部）での平均値であり、急峻度λAVを溶削後の鋳片表面の平坦度の指標にする。従来のガススカーファによる溶削後の鋳片表面の急峻度λAVは約０．５ｍｍであることから、０．５ｍｍ以下を合格基準とする。
【実施例】
【００２３】
プラズマ発生源の出力を１００ｋｗ（１トーチ当り）とし、プラズマガスをＡｒとした。トーチを鋳片の幅方向に１５０個配置し、トーチ間隔を１０ｍｍ、幅方向に対する前進角αを３０度とした。トーチ傾斜角θ１を２０度、トーチ傾斜角θ２を４０度、トーチ高さを１５ｍｍとした。目標溶削深さを２ｍｍとし、溶削速度を１５ｍ／ｍｉｎとした。
連続鋳造されたスラブ（幅１５００ｍｍ、長さ９０００ｍｍ、厚み２３０ｍｍ）を上記条件で溶削したところ、スラブはほぼ目標溶削深さ分だけ溶削され、溶削後の鋳片表面は凹凸がなく美麗であった。
【００２４】
また、図８に示すように、従来のガススカーファにより表面手入れを施したスラブと本実施例の手入れ方法により手入れを施したスラブを圧延し、冷延コイルでの表面欠陥発生比率（コイル単位）を比較すると、従来のガススカーファにより手入れを施したスラブから得られたコイルは欠陥発生率が１．２％であったのに対し、本実施例の手入れ方法により手入れを施したスラブから得られたコイルは０．１％であった。また、従来のガススカーファによる手入れ方法では、溶削にかかる時間が平均９０秒（予熱６０秒、実溶削３０秒）であったのに対し、本実施例の手入れ方法では平均３０秒（予熱不要、実溶削３０秒）であった。
【００２５】
以上の実施例から明らかなように、本発明の中編の表面手入れ装置及び方法により、溶削後の鋳片表面の凹凸を低減でき、圧延工程以降の表面欠陥の発生しない鋳片が得られた。
【符号の説明】
【００２６】
１２…鋳片
１４…プラズマトーチ
１４ａ…火口部
１５…プラズマアーク
Ｌ１…直線
Ｗ…幅方向
Ｗ１…幅方向の一方側
Ｗ２…幅方向の他方側
α…前進角
θ１，θ２…傾斜角
【図１】
2010284687.tif 000003
【図２】
2010284687.tif 000004
【図３】
2010284687.tif 000005
【図４】
2010284687.tif 000006
【図５】
2010284687.tif 000007
【図６】
2010284687.tif 000008
【図７】
2010284687.tif 000009
【図８】
2010284687.tif 000010
【図９】
2010284687.tif 000011
【図１０】
2010284687.tif 000012
【図１１】
2010284687.tif 000013